Мембранная установка

 

Изобретение относится к установкам для проведения процессов мембранного разделения и может быть использовано для обработки природных и сточных вод, концентрирования растворов, получения обессоленной воды в химической, пищевой и других областях промышленности. Мембранная установка содержит последовательно соединенные песчаный фильтр, промежуточную емкость, насос высокого давления, сборник пермеата, дроссель и вентили. Песчаных фильтров и промежуточных емкостей с магистралями выгрузки осадка использовано не менее трех пар, мембранных фильтров - не менее двух. Промежуточные емкости снабжены микрофильтрами и соединены с коллектором концентрата. Каждый мембранный фильтр соединен через соответствующие вентили со сборником пермеата, дросселем и коллектором концентрата. Непрерывное дозирование осуществляется насосом-дозатором из емкости химических реагентов во всасывающий патрубок насоса подачи, который связывает сборник исходной воды с песчаными фильтрами. Вентили могут быть электрическими с автоматическим управлением. Технический результат: обеспечение длительного непрерывного функционирования установки, снижение затрат на регламентное обслуживание, автоматизация промывки элементов установки. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к установкам для проведения процессов мембранного разделения и может быть использовано для обработки природных и сточных вод, концентрирования растворов, получения обессоленной воды в химической, пищевой и других областях промышленности.

Известна мембранная установка, содержащая нагнетательный насос, соединенный с мембранным аппаратом, на выходе которого установлен манометр и дроссель. После дросселя установлен коллектор, делящий линию концентрата на две линии, первая из которых соединена с нижней частью сборника концентрата, а вторая - со струйным насосом. Всасывающий патрубок струйного насоса соединен с емкостью дозируемого химического реагента, которая через запорную арматуру и систему клапанов соединена с верхней частью сборника концентрата (патент РФ N 2009705 опубл. 30.03.94 Бюл. N 6).

Недостатками этой установки являются отсутствие устройства для предварительной фильтрации воды и периодичность действия устройства дозирования химических реагентов. Это может привести к снижению производительности установки и к уменьшению ресурса ее работы.

Известна также мембранная установка, содержащая последовательно соединенные песчаный фильтр, промежуточную емкость, насос, мембранный фильтр, сборник пермеата, дроссель и вентили. Промежуточная емкость снабжена загрузочной горловиной и разделена перфорированной перегородкой на входную и выходную камеры. Входная камера соединена с линией осветленной воды песчаного фильтра, нагнетательным патрубком насоса и загрузочной горловиной. Выходная камера соединена через всасывающий патрубок насоса и мембранный аппарат с линией концентрата, сборником пермеата и входной камерой промежуточной емкости (патент РФ N 2046003 опубл. 20.10.95 Бюл N 29). Мембранная установка позволяет продлить ресурс мембран за счет предварительной фильтрации воды и регулярной химической очистки. К недостаткам мембранной установки следует отнести отсутствие устройства непрерывного дозирования реагентов и ограниченный период непрерывной работы установки. Отсутствие устройства для непрерывного дозирования реагентов может привести к ускоренному выделению солей жесткости на поверхности мембран и, как следствие, к уменьшению производительности установки. Эксплуатация песчаного фильтра требует проведения периодических промывок. Промывки производят осветленной водой. Во время промывок песчаного фильтра проведение мембранного разделения в установке невозможно.

Цель изобретения - длительное непрерывное функционирование установки, снижение затрат на регламентное обслуживание, автоматизация промывки элементов установки.

Поставленная цель достигается тем, что в мембранной установке, содержащей последовательно соединенные песчаный фильтр, промежуточную емкость, насос высокого давления, мембранный фильтр, сборник пермеата, дроссель и вентили, песчаных фильтров и промежуточных емкостей с магистралями выгрузки осадка использовано не менее трех пар, мембранных фильтров не менее двух. Промежуточные емкости снабжены микрофильтрами и соединены с коллектором концентрата. Каждый мембранный фильтр соединен через соответствующие вентили со сборником пермеата, дросселем и коллектором концентрата. Непрерывное дозирование осуществляется насосом-дозатором из емкости химических реагентов во всасывающий патрубок насоса подачи, который связывает сборник исходного раствора с песчаными фильтрами. Вентили могут быть выполнены электрическими с автоматическим управлением.

Использование нескольких песчаных фильтров и промежуточных емкостей с магистралями выгрузки осадка позволит производить поочередно промывку песчаных фильтров и микрофильтров промежуточных емкостей "на ходу" (без выключения установки). Соединение промежуточных емкостей с коллектором концентрата позволит для промывок использовать концентрат. Соединение мембранных фильтров через коллектор концентрата с промежуточными емкостями позволяет осуществлять гидравлическую промывку мембранных фильтров повышенным расходом осветленной воды. Соединение мембранных элементов через вентили со сборником пермеата позволяет осуществлять промывку мембранных фильтров пермеатом. Использование электрических вентилей с автоматическим управлением позволяет полностью автоматизировать процесс промывки элементов установки.

На чертеже показана гидравлическая схема предлагаемой установки. Мембранная установка содержит песчаные фильтры 1-3, соединенные с промежуточными емкостями 4-6. Песчаные фильтры оснащены промывными вентилями 7-9. Промежуточные емкости соединены через вентили 10-12 с насосом высокого давления 13. Промежуточные емкости соединены через вентили 14-16 с коллектором концентрата 17. Промежуточные емкости оснащены промывными вентилями 18-20. Насосом высокого давления подают осветленную воду в мембранные фильтры 21, 22. Штуцеры отвода пермеата мембранных фильтров через вентили 23, 24 соединены со сборником пермеата 25. Штуцеры отвода концентрата мембранных фильтров соединены через вентили 26, 27 с дросселем 28 и через вентили 29, 30 с коллектором концентрата 17.

Исходная вода подается в сборник исходной воды 31 и далее насосом подачи 32 через вентили 33-35 подается в песчаные фильтры. Непрерывное дозирование химических реагентов осуществляется насосом-дозатором 36 из емкости химических реагентов 37. Насос подачи соединен с нагнетательным патрубком насоса высокого давления через вентиль 38. Предусмотрена возможность возврата концентрата в емкость исходной воды через вентиль 39. Все вентили, кроме 38, 39, могут быть выполнены электрическими с автоматическим управлением.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Исходную воду из сборника 31 отбирают насосом 32 и подают через вентили 33- 35 под давлением 0,5-0,6 МПа в напорные песчаные фильтры 1-3, в которых вода освобождается от взвешенных частиц и осветляется. После песчаных фильтров осветленная вода поступает под давлением 0,3-0,4 МПа в промежуточные емкости 4-6, где проходит через микрофильтры, предотвращающие прохождение частиц загрузки песчаных фильтров. Далее поток осветленной воды поступает через вентили 10- 12 на вход насоса высокого давления 13. Насосом 13 осветленную воду подают под давлением 0,14-0,2 МПа на вход в мембранные фильтры 21, 22. Прошедшая через мембрану очищенная и обессоленная вода - пермеат поступает через вентили 23, 24 в сборник пермеата 25. Из сборника 25 пермеат отбирают для потребления. Не прошедшую через мембрану воду - концентрат через вентили 26, 27 и дроссель 28 сбрасывают в канализацию. Заданное значение давления концентрата в установке поддерживают, регулируя гидравлическое сопротивление дросселя 28. Для предотвращения отложения на поверхности мембран плохо растворимых соединений в поток исходной воды насосом-дозатором 36 постоянно дозируют из емкости 37 химические реагенты.

Загрузку песчаных фильтров промывают "на ходу" концентратом. Промывку производят поочередно каждого фильтра, при этом два других фильтруют воду в форсированном режиме. Для промывки фильтра 1 закрывают вентили 10, 33, открывают вентили 7, 14. Для промывки фильтра 2 закрывают вентили 11, 34, открывают вентили 8, 15. Для промывки фильтра 3 закрывают вентили 12, 35, открывают вентили 9, 16. Микрофильтры, расположенные в промежуточных емкостях 4-6 промывают одновременно с соответствующими песчаными фильтрами. Микрофильтр промежуточной емкости 4 промывают, открыв вентили 14, 18. Микрофильтр промежуточной емкости 5 промывают, открыв вентили 15, 19. Микрофильтр промежуточной емкости 6 промывают, открыв вентили 16, 20. Одновременно с промывкой одного из песчаных фильтров производят гидравлическую промывку одного из мембранных фильтров повышенным расходом осветленной воды. Для промывки мембранного фильтра 21 закрывают вентили 23, 27 и открывают вентиль 29. Для промывки мембранного фильтра 22 закрывают вентили 24, 26 и открывают вентиль 30, Во время гидравлической промывки одного из мембранных фильтров другой одновременно промывается обратным током пермеата. Например, при промывке мембранного фильтра 21 давление концентрата в установке падает до значения 0,4-0,3 МПа при этом осмотическое давление в мембранном фильтре 22 превысит давление концентрата. Мембранный фильтр в этом случае будет работать в режиме осмотического насоса. Пермеат будет отбираться обратным током через вентиль 24 из сборника 25, проходить через мембрану, растворяя загрязнения, и через вентиль 26 и дроссель 28 сбрасываться в канализацию.

При неудовлетворительных результатах описанных выше промывок, т.е. при снижении проницаемости мембран более чем на 20%, проводят их химическую регенерацию, для чего в сборнике исходной воды растворяют химические реагенты. Насосом 32 через вентиль 38 моющий раствор направляют в мембранные фильтры. Из мембранных фильтров моющий раствор через вентили 26, 27, 39 возвращают в сборник исходной воды 31.

Пример. Устройство по приведенному выше описанию, в котором использовано три песчаных фильтра диаметром 1,5 м и высотой 3 м, три промежуточных емкости с микрофильтрами, два параллельно соединенных мембранных фильтра, содержащих семь последовательно соединенных мембранных элементов типа 8040, имеет производительность по очищенной воде 20 куб.м в час при энергопотреблении 70 кВт.

Формула изобретения

1. Мембранная установка, содержащая последовательно соединенные песчаный фильтр, промежуточную емкость, насос высокого давления, мембранный фильтр, сборник пермеата, дроссель и вентили, отличающаяся тем, что песчаных фильтров и промежуточных емкостей с магистралями выгрузки осадка использовано не менее трех пар, мембранных фильтров - не менее двух, причем промежуточные емкости, снабженные микрофильтрами, соединены через вентили с коллектором концентрата, а каждый мембранный фильтр соединен через соответствующие вентили со сборником пермеата, дросселем и коллектором концентрата, кроме того, емкость химических реагентов соединена с насосом подачи исходной воды через насос-дозатор.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вентили выполнены электрическими с автоматическим управлением.

РИСУНКИ

Рисунок 1